潮流泵式人工下降流装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种潮流泵式人工下降流装置，包括阻流增压管、水流挡片、下降流立管、尾翼、文丘里装置、基座、圆筒形钢筋架；其中，下降流立管的上端焊接在管体中部的圆孔上；阻流增压管的中部铰接水流挡片；下降流立管的侧壁上焊接有尾翼；尾翼所在平面与阻流增压管的轴线共面；文丘里装置上端开有通孔；圆筒形钢筋架固定安装在文丘里装置上端的通孔处；下降流立管的下端可拆卸地安装在文丘里装置的上端通孔上；文丘里装置可拆卸地安装在基座上，基座用于将整个装置固定在水中。本发明的潮流泵式人工下降流装置没有任何机电部件，结构简单、造价低廉；工作可靠、投放维护方便；可全天候工作，能够大规模布放，效率高。
【专利说明】
潮流泵式人工下降流装置
技术领域
[0001]本发明涉及改善河口及近岸海域底层缺氧状况领域，尤其涉及一种潮流栗式人工下降流装置。
【背景技术】
[0002]溶解氧(Dissolved 0Xygen，D0)是水环境健康的重要指标。世界许多河口及近岸海域都存在季节性缺氧(hypoxia，D0<2mg/L，图la)的现象，截至2009年，全球已报道的缺氧区超过400个(图1b)，总面积达到245000km2。我国具有广阔的海岸线和众多的河口海湾，同样面临着严峻的海洋缺氧问题。目前长江口，珠江口等河口外海域都有缺氧报道。近年来的数据显示，长江口外缺氧海域(D0〈2mg/L)面积超过20000km2，D0最低值已小于lmg/L(图2)，低氧出现的频率、范围、持续时间、强度都有明显上升的趋势。
[0003]人口活动密集的河口及近岸海域存在较多的缺氧区域，已经成为全球性的重大生态环境问题。缺氧将改变水体化学循环过程、破坏该水域原有的生态平衡、导致水体富营养化加剧、有害重金属离子释放，并影响海洋生物的生理机能、区域分布、群落结构和生物多样性，严重的缺氧会导致海洋生物的死亡(图la)。全球范围内由于缺氧损失的生物量约为34.3-73.4万公吨碳/年。在缺氧区内，原有的海洋生态环境遭到破坏，若任其发展，可能会爆发灾害性的效应，导致整个河口及近岸海域生态系统崩溃。
[0004]改善河口及近岸海域底层缺氧的途径主要有两条，一是控制陆源排放，减少有机物的生产和分解，降低水体耗氧，但随着沿岸人类活动的不断加剧，世界上多数河口及近岸海域的营养物质输入有可能继续增加;二是通过水体垂直交换和去层化，促进溶氧向底层水体的扩散，增加底层水体溶氧的补充，这一途径有可能通过海洋人工混合等工程技术手段实现。
[0005]海洋人工混合作为一种地球工程方法，包括人工上升流和人工下降流，是近年来海洋科学领域的研究热点与前沿课题。其中，前者将海底营养盐提升至真光层，提高表层初级生产力、促进海洋碳汇;后者是通过人工系统引发海洋中自上向下的水体流动。在河口及近岸海域的缺氧区，海洋人工下降流可能产生明显的生态效应:①它将表层富氧海水注入到底层缺氧水体，从而缓解底层水体的缺氧程度，增加有氧空间；②增强水体垂直混合，打破/减弱水体层化结构，从而增加底部营养盐向真光层的输送，增加初级生产力，改善海洋渔场生态环境。另外，人工下降流提供区域环境保护与治理决策的科学实验手段，有助于探究人工下降流扰动下的溶解氧跃层变化、沉积物一水界面化学过程、重金属在底泥里的吸附状态、微生物群落改变、化合物和对应的生物标志物变化等等重大科学问题。因此，国外对人工下降流技术的研究和应用有不断加大、加快的趋势。
[0006]美国ECS公司(EcosystemConsulting Service，Inc.)研制了电动叶轮式增氧机、下降流装置、射流式增氧机和曝气式增氧机。这些系统能够方便地得到陆基能源，有效地实现湖泊和水库去层化和水体增氧功能；日本东京大学研制的大型海水密度流发生装置(Density Current Generator，DCG)，使用汽/柴油发电机供能，用水栗同时形成人工下降流和人工上升流，将表、底层海水混合后在温跃层排出。该装置已试验成功，并应用于日本Gokasyo海湾环境改善。瑞典政府在By Fjord峡湾(平均水深51m，水体底部长期缺氧)建立了大规模生态工程，利用风力和电力将表层海水栗入35米深度的底层缺氧水体。两年的实验研究结果表明，单个下降流装置可使近七平方公里缺氧水体的DO含量从Omg/!增加到平均3.7mg/L，该海域NH4、P、H2S含量大幅度下降，底层水体生物丰度显著提升。
[0007]上述研究表明人工下降流技术有望成为缓解底层海水缺氧问题的一种有效方法。然而，美国ECS公司的装置其陆源供能方式不太适用于海域工作；日本DCG装置针对近岸半封闭海湾研发，需要陆基供能;瑞典风电式下降流装置适用于波罗的海，因这一海域风能资源丰富。这两种装备存在机电结构复杂、建设维护费用成本高、现场维护困难、难以实现长期自动运行等缺陷，从而较难实现大规模工程化应用。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明提供一种潮流栗式人工下降流装置，该装置从机理上能在上下管口同时捕获涨、落潮方向上的潮流能，将潮流能转化为压差能，从而将表层富氧海水吸入底部，增加底层水体的溶氧量。通过潮流栗式人工下降流技术创新原理引入，解决海洋能自给问题，降低成本，提高工程可行性。潮流栗式人工下降流技术有望突破国外人工下降流工程投资巨大、性价比低的困境，可低成本建设，经济环保，有望在长江口外缺氧区推广示范。
[0009]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:一种潮流栗式人工下降流装置，包括阻流增压管、水流挡片、下降流立管、尾翼、文丘里装置、基座、圆筒形钢筋架;其中，所述阻流增压管为两端具有喇叭形状的管体，管体中部开有圆孔;所述下降流立管的上端焊接在管体中部的圆孔上;所述阻流增压管的中部铰接水流挡片；当水流从一侧流进阻流增压管时，水流挡片被水流推到另外一侧，从而堵住另一端的口；所述下降流立管的侧壁上焊接有尾翼;所述尾翼所在平面与阻流增压管的轴线共面;所述文丘里装置上端开有通孔;所述圆筒形钢筋架固定安装在文丘里装置上端的通孔处;所述下降流立管的下端可拆卸地安装在文丘里装置的上端通孔上;所述文丘里装置可拆卸地安装在基座上，所述基座用于将整个装置固定在水中。
[0010]进一步地，所述文丘里装置包括下凸块、连接柱和上凸块;所述下凸块和上凸块通过连接柱连接;所述下凸块的下凸结构和上凸块的上凸结构形成文丘里结构；所述下凸块上开有通孔，下降流立管的下端可拆卸地安装在下凸块的通孔。
[0011 ]进一步地，还包括安装在下降流立管内的温度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、盐度传感器和叶绿素传感器。
[0012]进一步地，所述温度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、盐度传感器和叶绿素传感器均为自容式传感器。
[0013]进一步地，所述下凸块、上凸块、基座均由混泥土浇筑而成。
[0014]进一步地，所述阻流增压管、连接柱、圆筒形钢筋架的材料是钢筋。
[0015]进一步地，所述阻流增压管、水流挡片、下降流立管均采用PVC管道材料。
[0016]与现有的技术相比，本发明的有益效果是:潮流栗式人工下降流装置没有任何机电部件，结构简单、造价低廉;工作可靠、投放维护方便;可全天候工作，能够大规模布放，效率高。
【附图说明】
[0017]图1是全球缺氧区分布及影响图，其中(a)为缺氧对海洋生物的影响图；(b)为全球缺氧分布图；
[0018]图2是长江口缺氧区DO情况图，其中(a)为长江口外底层水体DO分布图；(b)为长江口外不同月份的DO最低值；
[0019]图3是本发明的系统结构三视图；
[0020]图4是本发明的系统结构局剖图；
[0021]图5为本发明的钢筋水泥基底图；
[0022]图6为本发明阻流增压装置的剖视图；
[0023]图7为本发明文丘里增流装置放大图；
[0024]图中，阻流增压管1、水流挡片2、下降流立管3、尾翼4、文丘里装置5、基座6、圆筒形钢筋架7、下凸块51、连接柱52、上凸块53。
[0025]具体设施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0027]本发明基于伯努利原理，即流体流速增加则压强降低，反之流速减小则压强增大。因此，利用表、底层洋流流速差，可产生下降流立管上下端口之间的压力差，引起海水自上而下的垂直运动，形成潮流栗。
[0028]如图3-7所示，本发明包括:阻流增压管1、水流挡片2、下降流立管3、尾翼4、文丘里装置5、基座6、圆筒形钢筋架7;其中，所述阻流增压管I为两端具有喇叭形状的管体，管体中部开有圆孔;所述下降流立管3的上端焊接在管体中部的圆孔上;所述阻流增压管I的中部铰接水流挡片2;当水流从一侧流进阻流增压管I时，水流挡片2被水流推到另外一侧，从而堵住另一端的口，这样水流就更多的往下走，提高效率;所述下降流立管3的侧壁上焊接有尾翼4;所述尾翼4所在平面与阻流增压管I的轴线共面;所述文丘里装置上端开有通孔;所述圆筒形钢筋架7固定安装在文丘里装置上端的通孔处;所述下降流立管3的下端可拆卸地安装在文丘里装置5的上端通孔上;所述文丘里装置5可拆卸地安装在基座6上，所述基座6用于将整个装置固定在水中。
[0029]如图7所示，所述文丘里装置5包括下凸块51、连接柱52和上凸块53;所述下凸块51和上凸块53通过连接柱52连接;所述下凸块51的下凸结构和上凸块53的上凸结构形成文丘里结构;所述下凸块51上开有通孔，下降流立管3的下端可拆卸地安装在下凸块51的通孔。
[0030]所述下降流立管3还可以安装温度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、盐度传感器和叶绿素传感器;这些传感器均为自容式传感器。
[0031]所述溶解氧传感器可以采用型号为MF 39的产品，但不限于此;PH传感器可以采用型号为WQ201的产品，但不限于此;温度传感器可以采用型号为RHS1010的产品，但不限于此;盐度传感器可以采用型号为WATER-SLT-VN的产品，但不限于此;叶绿素传感器可以采用型号为CHL-30的产品，但不限于此。
[0032]所述下凸块51、上凸块53、基座6由混泥土浇筑而成。所述阻流增压管1、连接柱52、圆筒形钢筋架7的材料是钢筋。所述阻流增压管1、水流挡片2、下降流立管3均采用轻质高强度刚性PVC管道材料。
[0033]本发明的工作过程如下:
[0034]用海上吊机将装置放置到缺氧海域即可，基座6将整个装置固定在缺氧海域。当涨潮、落潮时，缺氧区海域的水流会发生流动，水流具有一定的速度，装置上方的阻流增压管I管口方向与海水流动的方向一致，海水通过阻流增压管I喇叭状的管口进入下降流立管3，海水进入阻流增压管I将其内部的水流挡片2推向堵住另外一侧管口，使海水不会通过阻流增压管I流出，尽而可能多的进入下降流立管3。阻流增压管I使得流经上端口的表层潮流水平速度降低为零，并在管内产生一个向下的水压。底层潮流经过文丘里装置，水流的速度会增大，同时经过文丘里装置加速的底层潮流在下降流立管3下端口形成一个负压。当上下端口的压差能够克服密度水头、海水流动动力和管内摩擦力，即可产生管内海水自上而下的流动，形成人工下降流。本发明可以同时捕获涨、落潮方向上的潮流能，将潮流能转化为压差能，从而将表层富氧海水吸入底部，增加底层水体的溶氧量。
【主权项】
1.一种潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，包括阻流增压管(I)、水流挡片(2)、下降流立管(3)、尾翼(4)、文丘里装置(5)、基座(6)、圆筒形钢筋架(7)等;其中，所述阻流增压管(I)为两端具有喇叭形状的管体，管体中部开有圆孔;所述下降流立管(3)的上端焊接在管体中部的圆孔上;所述阻流增压管(I)的中部铰接水流挡片(2);所述下降流立管(3)的侧壁上焊接有尾翼(4);所述尾翼(4)所在平面与阻流增压管(I)的轴线共面;所述文丘里装置上端开有通孔;所述圆筒形钢筋架(7)固定安装在文丘里装置上端的通孔处;所述下降流立管(3)的下端可拆卸地安装在文丘里装置(5)的上端通孔上;所述文丘里装置(5)可拆卸地安装在基座(6)上，所述基座(6)用于将整个装置固定在水中。2.根据权利要求1所述的潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，所述文丘里装置(5)包括下凸块(51)、连接柱(52)和上凸块(53);所述下凸块(51)和上凸块(53)通过连接柱(52)连接;所述下凸块(51)的下凸结构和上凸块(53)的上凸结构形成文丘里结构;所述下凸块(51)上开有通孔，下降流立管(3)的下端可拆卸地安装在下凸块(51)的通孔。3.根据权利要求1所述的潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，还包括安装在下降流立管(3)内的温度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、盐度传感器和叶绿素传感器。4.根据权利要求3所述的潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，所述温度传感器、溶解氧传感器、PH传感器、盐度传感器和叶绿素传感器均为自容式传感器。5.根据权利要求2所述的潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，所述下凸块(51)、上凸块(53)、基座(6)均由混泥土饶筑而成。6.根据权利要求2所述的潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，所述阻流增压管(I)、连接柱(52)、圆筒形钢筋架(7)的材料是钢筋。7.根据权利要求1所述的潮流栗式人工下降流装置，其特征在于，所述阻流增压管(1)、水流挡片(2)、下降流立管(3)均采用PVC管道材料。
【文档编号】A01K63/04GK105918230SQ201610266861
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】樊炜, 强永发, 徐峰, 肖灿博, 徐驰骋, 许振宇, 周舒乐, 潘依雯, 张朝晖, 陈鹰
【申请人】浙江大学